专利名称：利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法
技术领域：
本发明涉及一种石油与天然气钻井工程领域，特别涉及一种利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法。
背景技术：
井下安装专用工具来提高井底钻井液喷射压力方法的主要优点是不必改变现有的钻井工艺及设备条件下，即可达到高压射流直接或者辅助破岩的目的。但如何提高井底钻井液的喷射压力，一直是钻井工程人员和技术发明者试图解决的问题。现在已有的提高井底钻井液的喷射压力的方法工作动力都是来自钻井液本身所携带的压能，实现过程为通过专用工具将大部分钻井液的能量转移到一小部分钻井液。该方法实现过程及应用过程面临以下难题①根据该方法设计出的专用工具结构较为复杂，使其在井下工作的寿命及安全性难以保障；②随着井深的增加，循环压耗增大，钻井压能减小，提高井底钻井液喷射压力的效果会受到影响；③提高井底钻井液喷射压力过程引起的冲击与钻柱的固有振动可能会产生耦合现象，影响钻头及钻具工作寿命；④根据该方法设计出的专用工具正常工作时会产生一定压降，增加了循环系统的工作载荷，还可能会影响钻井液一些正常功用的发挥； ⑤全部钻井液都参与能量转移过程，如果工具在井下失效，会导致钻井液循环受阻、施工无法进行，甚至产生严重后果。因此，尽管研究人员进行了艰苦的努力和潜心的研究，上述提高井底钻井液喷射压力的方法仍未推广应用。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法，该种提高井底钻井液的喷射压力方法的动力源为钻进过程中的井底钻压波动，利用减小钻压波动幅度获得的能量来提高井底钻井液喷射压力。做到既减小钻压波动对钻井过程产生的不利影响，保证施工安全进行，又提高井底钻井液喷射压力。其技术方案是包括以下步骤采用的动力源为钻柱体上产生的钻压波动提供的动力，实施过程为泥浆池内钻井液由泥浆泵提供动力后进入钻柱内腔，经分流机构分流，大部分钻井液通过常压喷嘴喷出，发挥常规钻井液的功用，该部分钻井液的循环流动不受提高另一部分井底钻井液喷射压力过程的干扰；另一小部分钻井液经动力转换单元入口单向阀进入动力转换单元，得到动力源并且减小钻压波动幅度获得的能量后达到SO-IOOMpa或更高的压力，经动力转换单元出口单向阀排出，通过超高压射流喷嘴喷出实现超高压射流直接或者辅助破岩；其中，分流结构分流的两部分钻井液沿着两个独立的流道流到井底，彼此不产生干扰；动力转换单元的作用是平衡过大的钻压波动，将减小钻压波动幅度获得的能量转移给钻井液来提高钻井液喷射压能。上述的动力转换单元包括动力转化腔体、钻压传递杆、弹性元件、钻柱体、润滑液体腔，钻井液喷射压力的提高在动力转换腔体内完成，钻柱体上的钻压增加时，钻压传递杆压缩动力转换腔体内的钻井液及弹性元件，动力转换腔体内钻井液压力的增加使得动力转换单元入口单向阀关闭，动力转换单元出口单向阀开启，获得动力源能量的钻井液经动力转换单元出口单向阀排出，通过超高压射流喷嘴喷出实现超高压射流直接或者辅助破岩。上述的弹性元件承受钻压传递杆的压力，产生压缩并蓄能，此时弹性元件上的润滑液体被压进润滑液体腔；钻柱体上的钻压减小时，承受钻压传递杆的压力，产生压缩蓄能的弹性元件伸展并释放能量，使得动力转换腔体内压力降低；动力转换单元入口单向阀开启，动力转换单元出口单向阀关闭，动力转换腔体流入钻井液，同时润滑液体腔内的润滑液体流回弹性元件，为弹性元件润滑及降温。上述的分流结构分流的两部分钻井液沿着两个独立的流道流到井底，彼此不产生干扰；当动力转换单元失效后，由泥浆泵提供动力后进入钻柱内腔的钻井液可以通过分流机构直接进入到常压喷嘴喷出。本发明的有益效果是①利用该方法可以减小井底钻压波动幅度，从而减小钻压大幅度波动给钻井工具及设备带来的危害，增加钻进作业的安全性。②将获得动力源能量的钻井液，利用超高压钻井液专用流道及专用喷嘴喷出，实现超高压射流直接或者辅助破岩，可以提高钻井速度，变有害为有利。③该利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法，不需要特殊的的钻井工艺作保障，不需要改变和增加地面装备，不影响正常的钻井液循环和钻进作业。即便是动力转换单元功能失效，仍可以平衡钻压，循环钻井液，保证钻井施工的正常进行。④该方法的原理简单，实现该方法不需要复杂的工具及结构，在井下恶略的工况更加容易达到现场提出的工具使用寿命要求。⑤利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法的能量源-井底钻压的波动，该波动随着井深的增加和地层岩性的复杂化只会增大不会减小，有效地克服了深井井下液压能量源随着井深的增加而减弱的问题，为深井、超深井井底钻井液喷射压力的增大提供了能源保障。
四
附图1是本发明的工作原理图。
五具体实施例方式结合附图1，对本发明作进一步的描述本发明包括泥浆池1、泥浆泵2、钻柱内腔3、分流机构4、常压喷嘴5、动力转换单元入口单向阀6、动力转换单元出口单向阀7、超高压射流喷嘴8、动力转化腔体9、钻压传递杆 10、弹性元件11、钻柱体12、润滑液体腔13。本发明提高井底钻井液喷射压力的动力源为钻柱体12上产生的钻压波动提供的动力，实施过程为泥浆池1内钻井液由泥浆泵2提供动力后进入钻柱内腔3，经分流机构 4分流，大部分钻井液通过常压喷嘴5喷出，发挥常规钻井液的功用，该部分钻井液的循环流动不受提高另一部分井底钻井液喷射压力过程的干扰；另一小部分钻井液经动力转换单元入口单向阀6进入动力转换单元，得到动力源-减小钻压波动幅度获得的能量后达到 SO-IOOMpa或者更高的压力，经动力转换单元出口单向阀7排出，通过超高压射流喷嘴8喷出实现超高压射流直接或者辅助破岩。钻井液喷射压力的提高在动力转换腔体9内完成， 钻柱体12上的钻压增加时，钻压传递杆10压缩动力转换腔体9内的钻井液及弹性元件11， 动力转换腔体9内钻井液压力的增加使得动力转换单元入口单向阀6关闭，动力转换单元出口单向阀7开启，获得动力源能量的钻井液经动力转换单元出口单向阀7排出，通过超高压射流喷嘴8喷出实现超高压射流直接或者辅助破岩；弹性元件11承受钻压传递杆10的压力，产生压缩，蓄能，此时弹性元件11上的润滑液体被压进润滑液体腔13。钻柱体12上的钻压减小时，承受钻压传递杆10的压力，产生压缩蓄能的弹性元件11伸展并释放能量， 使得动力转换腔体9内压力降低。动力转换单元入口单向阀6开启，动力转换单元出口单向阀7关闭，动力转换腔体9流入钻井液，同时润滑液体腔13内的润滑液体流回弹性元件 11，为弹性元件11润滑及降温。 分流结构4分流的两部分钻井液沿着两个独立的流道流到井底，彼此不产生干扰。当动力转换单元失效后，由泥浆泵2提供动力后进入钻柱内腔3的钻井液可以通过分流机构4直接进入到常压喷嘴5喷出，既不会影响钻井施工的正常进行，也不会增加钻井作业风险。利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法是一种全新的提高井底钻井液喷射压力方法，经现场应用，深部硬地层钻进速度比常规钻井方法提高1 5倍，钻台上观测到的钻压大幅度波动情况明显改善。实践表明，该方法即实现了井底钻井液喷射压力的增力口，有效地减小了井底钻压的波动。
权利要求
1.一种利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法，其特征是包括以下步骤采用的动力源为钻柱体(12)上产生的钻压波动提供的动力，泥浆池(1)内钻井液由泥浆泵( 提供动力后进入钻柱内腔(3)，经分流机构(4)分流，大部分钻井液通过常压喷嘴 (5)喷出；另一小部分钻井液经动力转换单元入口单向阀(6)进入动力转换单元，得到动力源并且减小钻压波动幅度获得的能量后达到SO-IOOMpa或更高的压力，经动力转换单元出口单向阀(7)排出，通过超高压射流喷嘴(8)喷出实现超高压射流直接或者辅助破岩。
2.根据权利要求1所述的利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法，其特征是所述的动力转换单元包括动力转化腔体(9)、钻压传递杆(10)、弹性元件(11)、钻柱体 (12)、润滑液体腔(13)，钻井液喷射压力的提高在动力转换腔体(9)内完成，钻柱体(12)上的钻压增加时，钻压传递杆(10)压缩动力转换腔体(9)内的钻井液及弹性元件(11)，动力转换腔体(9)内钻井液压力的增加使得动力转换单元入口单向阀(6)关闭，动力转换单元出口单向阀(7)开启，获得动力源能量的钻井液经动力转换单元出口单向阀(7)排出，通过超高压射流喷嘴(8)喷出实现超高压射流直接或者辅助破岩。
3.根据权利要求2所述的利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法，其特征是 所述的弹性元件(11)承受钻压传递杆(10)的压力，产生压缩并蓄能，此时弹性元件(11) 上的润滑液体被压进润滑液体腔(1 ；钻柱体(1 上的钻压减小时，承受钻压传递杆(10) 的压力，产生压缩蓄能的弹性元件(11)伸展并释放能量，使得动力转换腔体(9)内压力降低；动力转换单元入口单向阀(6)开启，动力转换单元出口单向阀(7)关闭，动力转换腔体 (9)流入钻井液，同时润滑液体腔(13)内的润滑液体流回弹性元件(11)，为弹性元件(11) 润滑及降温。
4.根据权利要求1所述的利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法，其特征是 所述的分流结构(4)分流的两部分钻井液沿着两个独立的流道流到井底，彼此不产生干扰；当动力转换单元失效后，由泥浆泵( 提供动力后进入钻柱内腔C3)的钻井液可以通过分流机构(4)直接进入到常压喷嘴(5)喷出。
全文摘要
本发明涉及一种利用钻压波动提高井底钻井液喷射压力的方法。包括泥浆池内钻井液由泥浆泵提供动力后进入钻柱中空，经分流结构分流，一部分钻井液通过普通喷嘴喷出，发挥常规钻井液的功用，该部分钻井液的循环流动不受提高另一部分井底钻井液喷射压力过程的干扰；另一小部分钻井液经柱动力转换单元入口单向阀进入动力转换单元，得到动力源-减小钻压波动幅度获得的能量后经出口单向阀排出，通过超高压喷嘴喷出实现超高压射流直接或者辅助破岩。本发明经现场应用，深部硬地层钻进速度比常规钻井方法提高1～5倍，钻台上观测到的钻压大幅度波动情况明显改善；实践表明，该方法即实现了井底钻井液喷射压力的增加，有效地减小了井底钻压的波动。
文档编号E21B21/06GK102182411SQ20111010105
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者刘永旺, 史玉才, 廖华林, 管志川 申请人:中国石油大学(华东)